Vida Útil de Biotêxteis

Modelagem de Degradação sob Diferentes Climas
Geotêxteis e Soluções baseadas na Natureza

Luiz Diego Vidal Santos

Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS)

Visão Geral

Tópicos Principais

  • 1 Biotêxteis: definição, tipos e materiais
  • 2 Mecanismos de degradação de fibras naturais
  • 3 Fatores climáticos: tropical vs. temperado
  • 4 Modelos de perda de resistência ao longo do tempo
  • 5 Tabela comparativa de vida útil
  • 6 Dimensionamento com previsão de degradação

Objetivo Central

Compreender os mecanismos de degradação de biotêxteis fabricados com fibras naturais, comparar taxas de degradação sob climas tropical e temperado, e aplicar modelos preditivos simples no dimensionamento de soluções baseadas na natureza.

1 — O QUE SÃO BIOTÊXTEIS?

Definição e tipos

Definição

Biotêxteis (ou geotêxteis biodegradáveis) são mantas, telas ou tecidos fabricados com fibras naturais utilizados para controle de erosão, proteção de taludes e restauração de solos.

Principais fibras

Fibra Origem Resistência à tração (MPa)
Juta Caule (Corchorus) 393 – 773
Coco (coir) Mesocarpo do fruto 131 – 175
Taboa (Typha) Folhas 80 – 150
Sisal Folhas (Agave) 511 – 635
Rami Caule (Boehmeria) 400 – 938

Tear artesanal para confecção de biotêxteis com fibras naturais

Fibra de junco — matéria-prima para geotêxteis biodegradáveis
Critério Sintético (PP/PET) Biotêxtil
Vida útil 50–100+ anos 1–5 anos
Biodegradação Não Sim
Custo Alto Baixo–Moderado
Impacto ambiental Microplásticos Nenhum
Incorporação de matéria orgânica Não Sim

Biotêxteis são projetados para degradar — a questão é: degradam na velocidade certa? ::: ::: :::

Quando usar biotêxteis?

A escolha por biotêxteis é adequada quando:

  1. A vegetação se estabelece em 1–3 anos — o biotêxtil protege o solo até a cobertura vegetal assumir
  2. O impacto ambiental é relevante — áreas de preservação, margens de rios, APPs
  3. Disponibilidade local de fibras — reduz custo e gera renda para comunidades
  4. O projeto é temporário — taludes de construção civil, estradas rurais

Talude protegido com biotêxtil em campo

Conceito-chave: o biotêxtil deve manter resistência funcional mínima até que a vegetação feche o solo. Degradação prematura = exposição do solo. Degradação lenta demais = impede o enraizamento.

2 — MECANISMOS DE DEGRADAÇÃO

Processos de degradação

Biodegradação

  • Fungos (celulolíticos) e bactérias decompõem celulose e lignina
  • Velocidade depende de: umidade, temperatura, pH, teor de lignina da fibra
  • Fibras com alta lignina (coco) resistem mais que fibras celulósicas puras (juta)

Fotodegradação

  • Radiação UV quebra ligações moleculares
  • Mais intensa em fibras expostas (sem contato com solo)
  • Relevante nos primeiros meses antes da cobertura por sedimento

Câmara de degradação para ensaios de biotêxteis

Degradação hidrolítica

  • Ciclos de umedecimento/secamento causam fadiga mecânica
  • Inchamento diferencial das fibras → microfissuras
  • Mais intenso em climas com alta amplitude hídrica

Degradação mecânica

  • Abrasão por partículas de solo em escoamento
  • Ataque por fauna do solo (cupins, formigas)
  • Pisoteio animal em áreas de pastagem

Na prática, a degradação é sinérgica — todos os mecanismos atuam simultaneamente.

3 — CLIMA TROPICAL VS. TEMPERADO

Comparação de condições

Fator Clima Tropical (Semiárido/Úmido) Clima Temperado
Temperatura média 22–28 °C 8–15 °C
Umidade do solo Alta (variável) Moderada (estável)
Radiação UV Intensa (todo o ano) Moderada (sazonal)
Atividade microbiana Muito alta Moderada–baixa
Ciclos umedecimento/secamento Frequentes (tropical úmido) Menos frequentes
Pluviosidade 800–2000 mm/ano 400–1000 mm/ano

Consequência: biotêxteis no Brasil degradam 2 a 4× mais rápido que os mesmos materiais testados na Europa. Dados europeus não podem ser aplicados diretamente ao dimensionamento nacional.

Dados experimentais comparativos

Perda de resistência à tração ao longo do tempo (% da resistência original)

Meses Juta (Tropical) Juta (Temperado) Coco (Tropical) Coco (Temperado)
0 100% 100% 100% 100%
3 65% 88% 90% 96%
6 35% 72% 78% 90%
12 10% 45% 55% 78%
18 ~0% 25% 35% 62%
24 — 10% 20% 48%
36 — ~0% 8% 30%

Fonte: adaptado de Sarsby (2007), Smets et al. (2011), Santos et al. (2023).

4 — MODELOS DE DEGRADAÇÃO

Modelo exponencial simples

O modelo mais utilizado para descrever a perda de resistência é o decaimento exponencial:

\[R(t) = R_0 \times e^{-k \times t}\]

Onde:

  • \(R(t)\) = resistência no tempo \(t\) (kN/m)
  • \(R_0\) = resistência inicial (kN/m)
  • \(k\) = constante de degradação (mês⁻¹)
  • \(t\) = tempo (meses)

Meia-vida

\[t_{1/2} = \frac{\ln 2}{k} = \frac{0{,}693}{k}\]

Valores típicos de \(k\)

Fibra \(k\) (tropical) \(k\) (temperado)
Juta 0,19 0,08
Coco 0,07 0,03
Taboa 0,12 0,05
Sisal 0,15 0,06

Unidade: mês⁻¹

Exemplo: Juta tropical, \(t_{1/2} = 0{,}693 / 0{,}19 \approx 3{,}6\) meses

Exercício de dimensionamento

Problema

Um talude revegetado no interior da Bahia precisa de proteção por 12 meses até o capim-vetiver cobrir o solo. O biotêxtil escolhido é de fibra de coco (\(R_0 = 15\) kN/m). A resistência mínima funcional é 3 kN/m.

Solução

\[R(12) = 15 \times e^{-0{,}07 \times 12} = 15 \times e^{-0{,}84} = 15 \times 0{,}432 = 6{,}5 \; \text{kN/m}\]

\(R(12) = 6{,}5\) kN/m > \(R_{min} = 3\) kN/m

O biotêxtil de coco atende ao requisito.

Se fosse juta sob o mesmo clima:

\(R(12) = 15 \times e^{-0{,}19 \times 12} = 15 \times 0{,}10 = 1{,}5\) kN/m

Não atenderia. Juta é indicada apenas para proteção de curto prazo (< 6 meses) em clima tropical.

5 — APLICAÇÃO PRÁTICA

Planilha de cálculo preditivo

Estrutura da planilha (Excel/Calc)

Coluna Conteúdo
A Tempo (meses): 0, 1, 2, …, 36
B R₀ (kN/m) — resistência inicial
C k — constante de degradação
D R(t) = B2 × EXP(-C2 × A2)
E R_min (kN/m) — limite funcional
F Verificação: SE(D2 > E2; “OK”; “FALHA”)

Gráfico

Plotar D (R(t)) × A (meses), com linha horizontal em R_min.

O cruzamento indica a vida útil funcional do biotêxtil.

Fórmula no Excel

=B2*EXP(-C2*A2)

Para a meia-vida:

=LN(2)/C2

Para a vida útil funcional:

=-LN(E2/B2)/C2

(meses até atingir R_min)

Exercício proposto

Atividade

  1. Monte a planilha no Excel com os valores de \(k\) para juta, coco, taboa e sisal (clima tropical)
  2. Considere \(R_0 = 20\) kN/m e \(R_{min} = 4\) kN/m
  3. Calcule a vida útil funcional de cada fibra
  4. Gere o gráfico de degradação comparativo
  5. Para cada fibra, indique cenários de aplicação adequados (ex.: “coco → taludes com revegetação em 12–18 meses”)
  6. Repita para clima temperado e compare os resultados

Coleta de amostras de biotêxtil em campo

Máquina universal de ensaio de tração

Exercício — Entrega

Entrega

  • Formato: planilha Excel (.xlsx) com gráficos
  • Prazo: 7 dias
  • Critérios: cálculos corretos, gráficos profissionais, indicação de cenários justificada

Referências

  • Sarsby, R. W. (2007). Use of limited life geotextiles (LLGs) for basal reinforcement of embankments. Geosynthetics Int., 14(6), 355–368.
  • Smets, T. et al. (2011). The importance of geotextile characteristics on erosion reduction. Soil Technology, 24(1), 69–80.
  • Santos, L. D. V. et al. (2023). Vida útil de geotêxteis de taboa (Typha). Engenharia Sanitária e Ambiental.
  • Lekha, K. R. (2004). Field instrumentation and monitoring of soil erosion in coir geotextile stabilised slopes. Geotextiles and Geomembranes, 22(5), 399–413.
  • ABNT NBR ISO 10318:2013 — Geossintéticos — Termos e definições.

Obrigado!

Luiz Diego Vidal Santos

Universidade Estadual de Feira de Santana (UEFS)